自卸车桥壳的非线性有限元分析及优化

发布时间：2020-11-19 05:38

　　 驱动桥壳是重型车辆的主要受力构件,承受着车身的大部分重量,驱动桥壳的设计严重关系着车辆的安全性能。以往的设计往往因为无法对驱动桥壳和半轴套管之间的过盈接触准确计算,导致了设计的可靠性差、安全系数低,使产品在设计寿命期限内提前失效。随着现代有限元技术的日益完善,完全可以在保证精度的前提下对驱动桥壳的过盈接触问题做准确的数值模拟和优化。 本文首先对非线性接触理论研究现状、过盈联结研究现状和有限元优化研究现状做了概述。以此为基础,以一款13吨级自卸车桥壳为研究对象,针对非线性接触问题,应用有限元软件MSC.MARC做了详细的初步分析,找出了危险区域;为了和传统的计算方法对比,推导了弹性力学中基于厚壁圆筒模型假设的拉美公式,得出了过盈接触的弹性力学解析解,并且和数值模拟结果进行了对比,讨论了拉美公式的局限性,验证了数值模拟的准确性;结合厂家的失效统计发现,失效结果和上面的分析完全吻合,说明仿真的效果很好,有限元的数值模拟方法在此项目上比较有效。 在详细研究桥壳非线性接触问题的基础上,根据驱动桥壳的实际工况,利用三组分析试验,分析了桥壳受载情况下的应力和变形情况,得出了桥壳和半轴套管的有效过盈量区间;并且根据此有效过盈量区间对桥壳的配合尺寸公差重新做了设计。 在前面得出的有效过盈量区间的基础上,计算和分析了桥壳配合处原始设计和改进设计对产品的可靠度贡献,运用可靠性理论知识对改进配合和原始配合的可靠度进行了详细的计算,计算结果显示可靠度的改善比较明显。 前述分析中发现桥壳的中间主体区存在应力集中现象,这也是危险区域。本文对桥壳的这个部分进行了形状优化来减小应力集中。优化前通过试验设计方法论证了非线性因素对这部分影响很弱,故本文中可以应用线性模型来近似替代。利用先进的优化软件OPTISTUCT对桥壳的主体区进行了形状优化,得到了最佳的几何轮廓,优化后应力集中得到了明显改善。 最后,应用疲劳分析软件MSC.FATIGUE对优化前后桥壳的寿命做了详细的计算,对比了形状优化前后的寿命改变情况。 本课题通过有限元的仿真和优化从原始的设计图纸上做了改进,这对驱动桥壳的设计有很重要的指导意义。本文在仿真过程中结合严密的理论论证和效果检验,较完善地解决了桥壳存在的设计上的问题。
【学位单位】：重庆工学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2008
【中图分类】：TH242
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 引言
    1.2 理论研究现状
        1.2.1 非线性接触问题有限元仿真研究现状
        1.2.2 过盈联结问题有限元仿真研究现状
        1.2.3 有限元优化问题研究现状
    1.3 本论文研究目的及主要内容
        1.3.1 本论文研究目的
        1.3.2 本论文研究的主要内容
第二章 桥壳的有限元分析
    2.1 非线性接触理论及算法
    2.2 有限元模型的建立和模型初步分析
    2.3 弹性力学中厚壁圆筒理论对过盈接触问题的解释与其局限性
        2.3.1 对厚壁圆筒应力公式（拉美公式）的推导
        2.3.2 有限元结果和弹性力学理论解对比
    2.4 各种不同工况下的接触分析
        2.4.1 分析试验分组
        2.4.2 第一组分析试验
        2.4.3 第二组分析试验
        2.4.4 第三组分析试验
        2.4.5 优化公差配合
    2.5 小结
第三章 桥壳过盈配合可靠度的计算
    3.1 原来公差和改进公差过盈量分布的计算
        3.1.1 加工尺寸的分布
        3.1.2 过盈量的分布
    3.2 可靠度的计算及分析
    3.3 小结
第四章 桥壳的形状优化
    4.1 优化问题的提出
    4.2 解决方案
    4.3 网格随移技术的介绍
    4.4 优化的过程
        4.4.1 自由形状优化
        4.4.2 端盖法兰厚度优化
    4.5 优化的效果分析
    4.6 由网格导出的几何形状
    4.7 小结
第五章 桥壳的疲劳寿命分析
    5.1 疲劳分析概述
    5.2 车桥桥壳疲劳强度的数值模拟
        5.2.1 S-N 曲线的近似估计
        5.2.2 载荷
        5.2.3 平均应力影响
        5.2.4 寿命分析结果
    5.3 小结
第六章 总结及展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果

【引证文献】

相关期刊论文 前1条

1 陈元华;孙永刚;;基于“3σ”准则的汽车驱动桥壳可靠度有限元分析与优化[J];农业装备与车辆工程;2013年01期

本文编号：2889778